Velocidade Específica da Bomba Centrífuga
A velocidade específica é um conceito desenvolvido para turbinas hidráulicas em 1915, que posteriormente foi aplicado a bombas centrífugas (Stepanoff, 1948). A velocidade específica é uma forma de “normalizar” o desempenho dessas máquinas hidráulicas.
A equação comumente usada para velocidade específica é a seguinte:
Quando fui apresentado pela primeira vez à velocidade específica, devo admitir que não me impressionei. Pareceu-me que o conceito poderia ser útil para projetistas de bombas, mas eu não conseguia ver nenhum valor para o usuário final. Mais tarde, aprendi que o conceito é essencial para o projetista e, porque indica a forma do cabeçote, as curvas de potência e eficiência e a eficiência máxima alcançável, também é valioso para os usuários finais.
Uma das definições de velocidade específica é que é a velocidade que uma bomba modelada funcionaria para produzir uma altura de um pé ao bombear um galão por minuto, mas acho essa definição estranha.
Eu prefiro pensar nisso como um número de índice. Na Europa, a velocidade específica às vezes é chamada de “número da forma”, e eu prefiro esse nome. Indica as formas das curvas de desempenho e também determina, em grande medida, a forma do perfil do impulsor.
Um impulsor com uma velocidade específica baixa tem um perfil fino (as coberturas estão próximas) e um grande diâmetro externo (OD) em relação ao diâmetro do olho. Um impulsor com uma velocidade específica alta tem um perfil de gordura (as coberturas estão distantes) e tem um diâmetro de olho mais próximo do diâmetro externo do impulsor.
A Figura 1 ajuda a ilustrar o conceito. O gráfico foi desenvolvido anos atrás pelo Worthington Group e é amplamente utilizado pela indústria. Observe que os valores de velocidade específica, em unidades americanas, são tabulados na parte inferior do gráfico. Os pequenos desenhos abaixo do gráfico mostram os perfis dos impulsores que correspondem aos números de velocidade específicos.
figura 1
As pequenas curvas de desempenho na parte superior do gráfico ilustram as formas típicas das curvas de desempenho correspondentes aos valores de velocidade específica. Observe que as bombas com baixa velocidade específica têm uma curva de carga plana, às vezes com uma ligeira queda no desligamento (capacidade zero). Tal queda não torna a bomba instável. A curva de poder é íngreme. Aumenta significativamente desde o desligamento até o ponto de melhor eficiência (BEP).
Na faixa média dos valores de NS, a curva de carga sobe continuamente até o desligamento, e a curva de potência muda pouco de desligamento para BEP. Quando NS excede cerca de 5.000, a inclinação da curva de potência se inverte, com o valor máximo no desligamento, e a curva de carga é muito íngreme, com o valor de desligamento chegando a três vezes o valor de BEP. (Não ligue um desses caras com a válvula de descarga fechada.)
Derivação
Para aqueles que desejam ver uma derivação de NS, o seguinte é oferecido. Eu uso o que é chamado de “lei de modelagem” ou “lei modelo” ou “lei de fatoração”. Esta “lei” é usada quando um projetista deseja “modelar” uma bomba de tamanho diferente.
A resultante é a velocidade específica. Quando uma bomba é modelada a partir de outra, ambas as bombas têm a mesma velocidade específica.
Tornando-o sem unidade
Costuma-se dizer que a velocidade específica não tem unidade, mas normalmente não é. Nos EUA, com as unidades acima, não é sem unidades. Pode ser feito sem unidade, porém, convertendo a velocidade para radianos/segundo, a capacidade para pés cúbicos/segundo e multiplicando a carga pela constante gravitacional “g”.
Os valores de NS no gráfico de Worthington vão de 500 a 15.000. Quais seriam os valores se convertêssemos para números sem unidades? Devemos dividir N por 9,55 para converter em radianos/segundo. Q deve ser dividido por 449 para converter em pés3/segundo e H deve ser multiplicado por 32,2.
Existe algum significado para as eficiências máximas que ocorrem onde o NS sem unidade é 1,0? Eu não sei, mas com certeza parece uma feliz coincidência.
Referências
Stepanoff, AJ, Bombas de fluxo centrífugo e axial, John Wiley & Sons, Nova York, 1948.
Stepanoff, AJ, Pumps and Blowers – Two-Phase Flow, John Wiley & Sons, Nova York, 1965.
Notas
Uma turbina de reação é, basicamente, apenas uma bomba centrífuga funcionando para trás, com o fluido sendo empurrado para trás através dela.
Se for um rotor de sucção dupla, não divida por 2. Com a velocidade específica de sucção, dividimos a capacidade por 2, mas não para a velocidade específica (descarga)